رابطه بین حفاظت در برابر صاعقه و سرج چیست؟
خرابیهای مربوط به رعد و برق اغلب به اشتباه درک میشوند. من اغلب میبینم که تأسیسات روی اتصال زمین یا میلههای برقگیر سرمایهگذاری میکنند، در حالی که آسیب به تجهیزات داخلی پس از طوفان همچنان رخ میدهد.
محافظت در برابر نوسانات برق به پیامدهای الکتریکی صاعقه میپردازد، نه خودِ صاعقه. در سیستمهای قدرت و کنترل مدرن، درک رابطه بین صاعقه و حفاظت در برابر نوسانات برق برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات، از کارافتادگی و خطرات ایمنی بسیار مهم است.
حفاظت در برابر صاعقه و اضافه ولتاژ موضوعات جداگانهای نیستند. آنها لایههای به هم پیوستهای از یک استراتژی حفاظت الکتریکی واحد هستند که برای کنترل اضافه ولتاژهای گذرا و جریانهای اضافه ولتاژ طراحی شدهاند.
چگونه دستگاههای حفاظت در برابر نوسانات برق، نوسانات ناشی از صاعقه را کاهش میدهند؟
اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه توسط دستگاههای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ کنترل میشوند که انرژی اضافه ولتاژ گذرا را از تجهیزات حساس دور کرده و با خیال راحت آن را در عرض چند میکروثانیه به زمین تخلیه میکنند.
چگونه رعد و برق باعث ایجاد نوسانات الکتریکی میشود
صاعقه برای ایجاد خسارت نیازی به برخورد مستقیم به یک تأسیسات ندارد. رویدادهای افزایش ولتاژ معمولاً از طریق موارد زیر ایجاد میشوند:
-
برخورد مستقیم صاعقه به خطوط برق یا سیگنال
-
ضربات نزدیک که باعث القای الکترومغناطیسی میشوند
-
افزایش پتانسیل زمین که بر سیستمهای ارتینگ تأثیر میگذارد
-
حوادث رعد و برق سمت تأسیسات که از طریق شبکه منتقل میشوند
این مکانیزمها اضافه ولتاژهای گذرای پرانرژی ایجاد میکنند که به سرعت از طریق هادیها منتشر میشوند.
نقش دستگاههای حفاظت در برابر نوسانات برق
الف دستگاه محافظت در برابر نوسانات برق نوع ۱ به طور خاص برای مدیریت جریانهای ضربهای مرتبط با صاعقه در ورودی سرویس طراحی شده است. این دستگاه قادر است جریان صاعقه جزئی را تخلیه کرده و سطوح ولتاژ اضافی شدید را قبل از ورود به سیستم الکتریکی داخلی محدود کند.
عملکردهای کلیدی حفاظت در برابر نوسانات برق مرتبط با صاعقه عبارتند از:
-
مهار سریع ولتاژ
-
قابلیت تخلیه جریان ضربهای بالا
-
محافظت از عایق تجهیزات پاییندستی
در بسیاری از تأسیسات، محافظت در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ ناشی از قطع کننده مدار به گونهای یکپارچه شده است که هم محافظت در برابر اضافه جریان و هم انحراف کنترلشدهی موج را فراهم میکند و هماهنگی و ایمنی سیستم را بهبود میبخشد.
چرا تنها بریکرها کافی نیستند
قطعکنندههای استاندارد به رویدادهای گذرا خیلی کند واکنش نشان میدهند. حتی قطع کننده های مدار با محافظت در برابر نوسانات برق برای کاهش نوسانات ناشی از صاعقه، به جای مکانیسمهای قطع حرارتی یا مغناطیسی، به اجزای محافظ داخلی در برابر نوسانات برق تکیه کنید.
بدون دستگاههای حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای ناگهانی، نوسانات مربوط به صاعقه بدون کنترل از بریکرها عبور میکنند.
کدام صنایع به حفاظت اختصاصی در برابر صاعقه نیاز دارند؟
صنایعی که تجهیزات آنها حساسیت بالایی دارد، در معرض فضای باز هستند یا به زمان آماده به کار بحرانی نیاز دارند، به حفاظت اختصاصی در برابر صاعقه و نوسانات برق نیاز دارند.
بخشهای صنعتی پرخطر
صنایع زیر به ویژه در برابر حوادث ناشی از صاعقه آسیب پذیر هستند:
-
تولید برق و پستهای برق
-
انرژیهای تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی و فتوولتائیک)
-
مراکز مخابراتی و داده
-
اتوماسیون تولید و فرآیند
-
سیستمهای حمل و نقل و زیرساختها
این محیطها اغلب کابلهای طولانی، تجهیزات فضای باز و لوازم الکترونیکی حساس را با هم ترکیب میکنند - شرایط ایدهآل برای انتشار موج.
قرار گرفتن در معرض سیستم AC و DC
صاعقه هم شبکههای AC و هم DC را تحت تأثیر قرار میدهد، اما رویکرد حفاظت متفاوت است:
-
تأسیسات متصل به خدمات شهری به هماهنگی متکی هستند محافظت در برابر نوسانات برق AC برای مدیریت گذراهای صاعقه که از طریق سیستمهای توزیع برق وارد میشوند.
-
آرایههای خورشیدی، سیستمهای باتری و مدارهای کنترل DC به منابع اختصاصی نیاز دارند. محافظت در برابر نوسانات برق DC برای مدیریت تنش قطبیت مداوم و افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه روی هادیهای DC.
استفاده از دستگاههای AC در سیستمهای DC یک اشتباه رایج و پرهزینه است.
پیامدهای حفاظت ناکافی
بدون حفاظت مناسب در برابر صاعقه و نوسانات برق، تأسیسات با مشکلات زیر مواجه میشوند:
-
خرابیهای مکرر الکترونیکی
-
از دست دادن دادهها و نقص سیستمهای کنترل
-
افزایش زمان تعمیر و نگهداری و از کارافتادگی
-
خطرات ایمنی و انطباق
بنابراین، محافظت اختصاصی در برابر نوسانات برق، یک سرمایهگذاری قابل اعتماد است، نه فقط یک وسیله جانبی محافظ.
چگونه یک سیستم حفاظت هماهنگ در برابر صاعقه و اضافه ولتاژ طراحی کنیم؟
حفاظت مؤثر در برابر صاعقه و اضافه ولتاژ از طریق هماهنگی بین دستگاههای حفاظت در برابر صاعقه خارجی، اتصال زمین و دستگاههای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ داخلی حاصل میشود.
مفهوم حفاظت در سطح سیستم
یک سیستم حفاظت هماهنگ معمولاً شامل موارد زیر است:
-
حفاظت در برابر صاعقه خارجی (ترمینالهای هوایی، هادیهای نزولی) برای کنترل مسیرهای ضربه مستقیم
-
دستگاههای محافظت در برابر نوسانات برق نوع ۱ در ورودی سرویس برای تخلیه جریانهای صاعقه
-
محافظت ثانویه در برابر نوسانات برق در تابلوهای توزیع
-
محافظت در نقطه استفاده برای تجهیزات حساس
هر لایه به تدریج انرژی موج و ولتاژ باقیمانده را کاهش میدهد.
هماهنگی بین دستگاهها
هماهنگی مناسب تضمین میکند که دستگاههای بالادستی، نوسانات انرژی بالا را مدیریت میکنند در حالی که دستگاههای پاییندستی، محدودیت ولتاژ دقیقی را ارائه میدهند.
اصول کلیدی هماهنگی عبارتند از:
-
انتخاب صحیح از دستگاه محافظ ولتاژ نوع ۱ رتبهبندیها
-
فاصلهگذاری یا جداسازی کافی بین مراحل حفاظت
-
طراحی اتصال زمین و همبندی یکپارچه
الف بریکِر محافظ ولتاژ ممکن است در معماریهای خاصی استفاده شود، اما باید از نظر الکتریکی با دستگاههای حفاظت در برابر نوسانات برق اختصاصی هماهنگ باشد تا از عملکرد نادرست جلوگیری شود.
کیفیت اتصال به زمین و نصب
حتی بهترین طراحی محافظت در برابر نوسانات برق بدون اتصال زمین مناسب با شکست مواجه میشود. بهترین شیوهها عبارتند از:
-
مسیرهای اتصال به زمین با امپدانس پایین
-
سیمهای اتصال کوتاه و مستقیم
-
همبندی هم پتانسیل در سراسر سیستمها
برای تأسیسات پیچیده یا مناطق مستعد صاعقه، بسیاری از مهندسان طرح خود را از طریق ... اعتبارسنجی میکنند. مشاوره فنی برای اطمینان از رعایت استانداردها و قابلیت اطمینان سیستم در درازمدت.
نتیجهگیری
محافظت در برابر نوسانات برق ستون فقرات الکتریکی حفاظت در برابر صاعقه است. با درک نوسانات ناشی از صاعقه، شناسایی صنایع در معرض خطر و طراحی سیستمهای حفاظتی هماهنگ، مهندسان میتوانند آسیب به تجهیزات و اختلال در عملیات را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
سوالات متداول
حفاظت در برابر صاعقه در برابر نوسانات برق چیست؟
حفاظت در برابر صاعقه، اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از صاعقه را کنترل میکند و از آسیب به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی جلوگیری میکند.
آیا دستگاه حفاظت در برابر صاعقه نوع ۱ برای محافظت در برابر صاعقه ضروری است؟
بله. دستگاه حفاظت در برابر صاعقه نوع ۱ برای تخلیه جریانهای ناشی از صاعقه در ورودی سرویس طراحی شده است.
آیا مدارشکنها میتوانند محافظت در برابر صاعقه ایجاد کنند؟
قطعکنندههای مدار استاندارد نمیتوانند. فقط قطعکنندههایی که دارای اجزای محافظت در برابر اضافه ولتاژ یکپارچه هستند میتوانند اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه را کاهش دهند.
آیا سیستمهای DC به حفاظت در برابر صاعقه نیاز دارند؟
بله. سیستمهای DC به شدت در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه آسیبپذیر هستند و به دستگاههای محافظت در برابر اضافه ولتاژ با ولتاژ DC اختصاصی نیاز دارند.
چه زمانی باید حفاظت در برابر صاعقه و اضافه ولتاژ برنامهریزی شود؟
حفاظت در برابر صاعقه و اضافه ولتاژ باید در مرحله اولیه طراحی سیستم الکتریکی گنجانده شود، نه اینکه پس از وقوع خرابی اضافه شود.